ملخص: بحث جديد يفحص الخلايا العصبية HSN الخاصة بدودة C. elegans، مما يوفر رؤى متعددة للخلايا العصبية الفردية المشاركة في سلوكيات القيادة. تتحكم هذه الخلية العصبية في مجموعة متنوعة من الوظائف، بدءًا من وضع البيض الفوري وحتى تحديد سرعة الدودة بعد وضع البيض.
يعد نقل و”استعارة” السيروتونين بين الخلايا العصبية أمرًا بالغ الأهمية لهذه السيطرة. قد تؤثر النتائج على فهمنا لدور السيروتونين في العديد من الحالات النفسية.
مفتاح الحقائق:
- تطلق الخلية العصبية HSN الموجودة في دودة C. elegans العديد من المواد الكيميائية التي توجه السلوكيات المختلفة بدءًا من وضع البيض وحتى الحركة ثم تبطئ.
- تستطيع الخلايا العصبية، على وجه الخصوص، “استعارة” السيروتونين من بعضها البعض للتأثير على السلوك، وهي رؤية جديدة ذات آثار سريرية محتملة.
- وتؤكد الدراسة كيف تستخدم خلية عصبية واحدة أنظمة ناقلة عصبية متعددة، إلى جانب التشكل الخلوي وأنماط النقل غير العادية، لإدارة الفروق السلوكية الدقيقة.
مصدر: معهد بيكوفر للتعلم والذاكرة
تقدم دراسة جديدة لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، تركز على خلية واحدة في أحد أبسط الأجهزة العصبية في الطبيعة، تفسيرًا أعمق لكيفية استخدام الخلايا العصبية الفردية لمسارات متعددة لدفع السلوكيات المعقدة.
في ج. ايليجانس في الدودة، التي تحتوي على 302 خلية عصبية فقط، يطلق العصبون HSN العديد من المواد الكيميائية ويشكل العديد من الوصلات على طوله والتي لا تتحكم فقط في وضع البيض وحركته المباشرة، ولكنها أيضًا تبطئ الدودة لعدة دقائق بعد وضع البيض. . للتحكم في تلك المرحلة المتأخرة من السلوك، تقوم شبكة HSN بنقل الناقل العصبي السيروتونين إلى خلية عصبية زميلة، والتي تطلقه مرة أخرى بعد دقائق للتأثير على السلوك.
وكتب الباحثون: “تكشف نتائجنا كيف تؤثر خلية عصبية واحدة على نطاق واسع من السلوكيات على مدى فترات زمنية متعددة وتظهر أن الخلايا العصبية يمكنها “استعارة” السيروتونين من بعضها البعض لتنظيم السلوك”. علم الأحياء الحالي.
المؤلف الرئيسي للدراسة هو ستيفن فلافيل، الأستاذ المشارك في معهد بيكوفر للتعلم والذاكرة وقسم الدماغ والعلوم المعرفية. Postdoc Yung-Chi Huang هو المؤلف الأول للدراسة.
خلية عصبية مشغولة
أثناء إجراء الدراسة، تم بالفعل رسم خريطة لاتصالات HSN مع الخلايا العصبية الأخرى (ج. ايليجانس (الحيوان الوحيد الذي تُعرف فيه الاتصالات الكاملة بين الخلايا العصبية). ويرتبط مع التبويض. وفي الوقت نفسه، وجد مختبر فلافيل أن الديدان تتحرك بسرعة عبر بقع الطعام عندما تضع بيضها، مثل المزارع الذي يستخدم جرارًا لنثر البذور عبر التربة الخصبة.
علاوة على ذلك، لاحظ العلماء أنه عندما تمت إزالة HSN، لم تعد الديدان تشارك في سلوك التغذية المميز الذي يبطئها في تناول بقع الطعام.
لكن كيفية إنتاج هذه الخلية العصبية المفردة لتأثيرات متناقضة على السلوك (وضع البيض، والإسراع في القيام بذلك، ثم التباطؤ بعد ذلك) ظلت لغزًا. استخدم فريق فلافيل وهوانغ مجموعة متنوعة من التقنيات والتجارب لمعرفة كيفية قيام HSN بوظائفه العديدة.
ولإثبات أن HSN يلعب بالفعل دورًا مهمًا في التحكم في هذه السلوكيات، فقد تلاعبوا بنشاط العصبون باستخدام علم البصريات الوراثي، وهي تقنية يتم من خلالها التحكم في الخلايا وراثيًا عن طريق ومضات من الضوء. بالإضافة إلى تأكيد الدور الهام لـ HSN في وضع البيض، أكدت هذه التجارب وغيرها من تجارب التلاعب الجيني أن HSN يسرع الدودة.
راقب المختبر النشاط الكهربائي لـ HSN خلال هذه السلوكيات (من خلال مراقبة تدفق أيونات الكالسيوم إلى الخلية أثناء تحرك الحيوانات بحرية) ووجد أن أنماطًا محددة من نشاط الخلية كانت مرتبطة بوضع البيض والحركة.
آليات متعددة الجزيئات
بعد التأكد من أن HSN يتسبب في ثلاثة سلوكيات مترابطة، ركز المختبر على كيفية قيامه بذلك.
من المعروف أن HSN يطلق مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية للناقلات العصبية، بما في ذلك السيروتونين والأسيتيل كولين والعديد من الببتيدات. ومن المعروف أن إطلاقه للسيروتونين والببتيد العصبي المسمى NLP-3 يحفز الإباضة.
لتحديد كيفية قيام العصبون بالحركة السريعة، قام الفريق بشكل منهجي بتعطيل كل ناقل عصبي من HSN، ثم قاموا بتحفيز HSN لمعرفة ما إذا كانت الديدان ستستمر في السرعة عندما لم يعد HSN قادرًا على إنتاج مادة كيميائية. كشفت التجارب أن سائقي HSN زادوا من الحركة من خلال إطلاق اثنين من الببتيدات العصبية تسمى FLP-2 وFLP-28.
وفي الوقت نفسه، أدى تعطيل السيروتونين في HSN إلى تعطيل السلوك البطيء للدودة. وأظهرت تجارب أخرى كيف. قام فريق فلافيل بدراسة العصبون NSM سابقًا، وأظهر أنه يستخدم السيروتونين لتثبيط الدوائر الحركية أثناء تغذية الدودة وإبطاء حركة الدودة للحصول على الطعام. في هذه الدراسة، أظهر الفريق أن عمل NSM يعتمد على إمداد السيروتونين من HSN. عندما يكون HSN غير قادر على إنتاج السيروتونين، على سبيل المثال، فإن NSM غير قادر على إبطاء الديدان.
أظهر الفريق أيضًا أن NSM يستخدم ناقل السيروتونين (يسمى MOD-5 ج. ايليجانس) لتناول وإعادة إطلاق السيروتونين الخاص بـ HSN. وقال فلافيل إن هذا يدل على أن الخلايا العصبية السيروتونينية يمكن أن تتراكم وتشارك السيروتونين مع تأثير مباشر على سلوك الحيوان.
بالانتقال إلى تشريح HSN، وجد الفريق التحكم في الحركة وتنظيم وضع البيض في نقاط مختلفة على طول محور عصبي HSN. يقع جسم خلية HSN في الدماغ المتوسط للحيوان. فهو يصنع نقاط اشتباك عصبي مع الدائرة الصادرة في الدماغ المتوسط، ومن ثم ينتقل محوره العصبي إلى الرأس ليقوم بشبكات عصبية مع خلايا عصبية أخرى.
إن قطع محور عصبي HSN بين الدماغ المتوسط والرأس لا يمنع وضع البيض في الحيوانات، ولكنه يمنع تنسيق وضع البيض والحركة، مما يشير إلى أن إسقاط HSN إلى الرأس ينسق عمل HSN مع دورة وضع البيض. دائرة الحركة.
بشكل عام، توضح الدراسة كيف يستخدم HSN العديد من مخرجات الناقلات العصبية المتوازية بطرق مختلفة للتحكم في سلوك الحيوان.
وكتب المؤلفون: “توضح نتائجنا كيف أن الشكل الخلوي، وأنظمة الإرسال المتعددة، وآليات عدم الإرسال مثل “استعارة” الناقل العصبي، توفر للخلية العصبية القدرة على تنسيق جوانب متعددة من البرنامج السلوكي”.
وفي الوقت نفسه، فإن اكتشاف أن الخلايا العصبية يمكنها امتصاص وإعادة إطلاق السيروتونين الذي تنتجه الخلايا العصبية الأخرى للتحكم في السلوك يكشف عن جانب جديد من إشارات السيروتونين التي يمكن أن يكون لها آثار سريرية مهمة، كما قال فلافيل.
إن جزيء امتصاص السيروتونين، SERT/MOD-5، هو هدف مثبطات امتصاص السيروتونين النوعية (SSRIs) مثل بروزاك. تثير هذه الدراسة احتمال أن تؤثر مثبطات استرداد السيروتونين الانتقائية على كيفية مشاركة الخلايا العصبية للسيروتونين مع بعضها البعض، وهو ما قد يكون ذا صلة بآلية عملها في علاج مجموعة متنوعة من الاضطرابات النفسية.
بالإضافة إلى هوانغ وفلافل، هناك مؤلفون آخرون لهذه الورقة هم جينيو لو، وينجيا هوانغ، وكيسي بيكر، وماثيو جوميز، وبوهان مينج، وألكسندرا بيرن.
تمويل: المعاهد الوطنية للصحة، المؤسسة الوطنية للعلوم، مؤسسة ماكنايت، مؤسسة ألفريد بي. تم تمويل الدراسة من قبل مؤسسة سلون، ومعهد بيكوفر للتعلم والذاكرة، ومؤسسة جي بي بي.
حول أخبار أبحاث علم الأعصاب هذه
مؤلف: ديفيد أورنشتاين
مصدر: معهد بيكوفر للتعلم والذاكرة
اتصال: ديفيد أورنشتاين – معهد بيكوفر للتعلم والذاكرة
صورة: يُنسب الفيلم إلى Neuronews
البحث الأصلي: الوصول المفتوح.
“ج. تنظم خلية عصبية واحدة في الرشيقة مخرجات حركية متعددة من خلال أنماط نقل متوازيةستيفن فلافيل وآخرون. علم الأحياء الحالي
ملخص
ج. تنظم خلية عصبية واحدة في الرشيقة مخرجات حركية متعددة من خلال أنماط نقل متوازية
يسلط الضوء
- تُظهِر الخلية العصبية HSN إطلاقًا وسرعة حادة، بالإضافة إلى سرعة طويلة المدى.
- يستخدم HSN أجهزة إرسال وصناديق منفصلة للتحكم في التفريخ والسرعة
- يعزز HSN الكمون طويل المدى من خلال إطلاق السيروتونين
- يتم امتصاص السيروتونين HSN وإعادة إطلاقه بواسطة الخلايا العصبية NSM، وهو إطلاق بطيء
ملخص
تنتج الحيوانات مجموعة واسعة من المخرجات الحركية عالية التنسيق التي تسمح بتنفيذ سلوكيات هادفة. تتمتع الخلايا العصبية الفردية في الدوائر التي تولد السلوكيات بقدرة ملحوظة على المرونة لأنها تظهر إسقاطات محورية متعددة، وأنظمة إرسال، وأنماط من النشاط العصبي. كيف تساهم هذه الخصائص متعددة الوظائف للخلايا العصبية في توليد السلوكيات التكيفية غير معروف.
هنا، نظهر ذلك داخل الخلية العصبية HSN ج. ايليجانس يؤدي وضع البيض إلى إطلاق برامج حركية متعددة على فترات زمنية مختلفة لتنفيذ مجموعة من التغييرات السلوكية.
استخدام الارتباكات التشغيلية لـ HSN و على قيد الحياة يظهر تصوير الكالسيوم أن HSN يزيد من وضع البيض والحركة، بينما يعيد توجيه الحيوانات إلى سلوك التعود على السرعة المنخفضة في غضون دقائق.
تتوسط التأثيرات الحادة لـ HSN على وضع البيض والحركة عالية السرعة بواسطة مجموعات متميزة من أجهزة إرسال HSN ومحاور HSN المختلفة. يتم التوسط في التأثيرات طويلة المدى على التعود جزئيًا عن طريق إطلاق HSN للسيروتونين، والذي يتم تناوله وإعادة إطلاقه بواسطة NSM، وهو فئة أخرى من الخلايا العصبية السيروتونينية التي تحفز التعود بشكل مباشر.
تظهر نتائجنا كيف أن الخصائص المتعددة الوظائف لخلية عصبية واحدة تسمح لها بتحفيز مجموعة منسقة من السلوكيات، وتكشف أيضًا أن الخلايا العصبية يمكنها استعارة السيروتونين من بعضها البعض للتحكم في السلوك.